1. 研究目的与意义
根据目前市场需求，对于立式加工中心开始追求高速高精化，特别是对于一些中小压铸型壳体的加工其工艺比较复杂，各种面、边、孔、腔的加工时常会使用数十种甚至更多种类的刀具在较短时间内交替快速加工。因此普通带有配重全硬轨式重切加工中心在换刀及三轴速度响应上已经无法满足其使用要求，所以需要设计一台迷你型全线轨式无配重快速换刀高速高精加工的机床。经过大量市场调研表明，迷你型TC320加工中心可以填补市场空缺，扩大企业在机床行业的影响力以及技术创新。
此机型相对同类别的加工中心比较更轻型化以及经济化，占地面比较小，操作空间紧凑。可以在同一方位上下工件、零件对刀以及监控零件加工。加工过程属于全封闭式，更安全、无污染，适合办公室加工以及教学使用。
2. 课题关键问题和重难点
在整个机床的各个组成部分中, 机床床身是一个极其重要的大件, 它起着支撑工件和连接工作台、立柱等关键零部件的作用。数控机床床身结构的设计尺寸和布局形式, 决定了其本身的各种动态特性, 即静、动刚度。往往由于床身结构设计不合理, 导致床身的刚度不足, 产生各种变形、振动, 加工时刀具与工件间产生相对变形和振动, 使零件加工精度降低。尤其是数控机床要承受重载切削和高精度加工多种任务, 因此, 对数控机床床身结构的研究显得尤为重要，本课题的关键问题在于床身的设计与优化。
床身性能的优化一般有三种优化方法：有限元分析优化，拓扑优化以及尺寸优化，如何选择优化方法和对优化方法基本知识的了解与应用是床身设计与优化的难点所在。比如有限元分析，床身的建模复杂性，网格的划分的处理等是床身设计与优化的关键和难点。
传动部分选择和设计是实现立式加工中心的高速高精不可缺少的一部分，因此对传动部分：丝杠、线轨、电机、支撑件轴承、联轴器等选择和校验来满足机床的性能与要求也是本课题的关键。
3. 国内外研究现状（文献综述）
机床床身是机床的基础大件，起着支撑和连接十字滑台、工作台、立柱等关键零部件的作用，并与整机性能有着密切关系，是机床的核心部件之一，因此床身的设计需要满足刚度大、变形小、抗振性强等性能要求。机床床身内部布置的加强筋板和支撑位置都对床身机械性能有重要影响。现有的床身设计方法一般根据经典的材料力学理论，结合设计者的经验进行设计或在已有的床身结构基础上进行改进设计，床身设计追求高动静刚度。使得磨床床身结构存在形式单一、结构复杂、耗材多、成本高等问题，因此进行床身轻量化设计研究，即通过有限元分析优化、拓扑优化及尺寸优化显得尤为重要。
德国、美国、日本、西班牙和瑞士等世界发达国家对机床大件的材料、设计及制造方法的研究较多，特别在机床结构有限元分析、参数化设计、优化设计、仿生设计以及新材料的选择等方面做了很多的研究工作［1 － 5］。我国起步比较晚，近年来随着有限元技术以及结构优化设计理论的发展，机床床身结构的优化设计有了一定的发展，汤文成等运用有限元法对TH566型数控加工中心机床的床身结构进行分析，阐述不同筋板布局形式对床身结构动态特性的影响［6］。张学玲等以一立式加工中心为研究对象，通过提取床身典型元结构和框架结构进行优化，并以床身固有频率为优化目标，以元结构和框架结构的分析为依据，提出了床身结构若干改进方案［7］。杨勇等人在原始床身分析的基础上指出结构的不足之处，拟定不同的改进方案，基于床身结构动态特性灵敏度分析，确定最优的结构改进方案，进而对其进行尺寸优化［8］。倪晓宇等人利用有限元法对机床床身进行静动态分析，并使用渐进结构优化算法对床身结构进行基于基频约束和刚度约束的拓扑优化，为ESO 方法在机床大件结构拓优化中的应用做了有益的尝试［9］。段段朋云等对T 型床身结构的筋板布局型式进行研究，总结了不同布局型式的抗弯、抗扭性能［10］。汪兵兵等对机械基础箱型结构分别用经验设计方法以及多目标拓扑优化设计方法进行设计，并对比分析得到多目标拓扑优化设计结构更优［11］。陈叶林等基于近似模型对原床身结构进行筋板间距和垫铁位置的尺寸以及出砂孔位置的拓扑优化设计［12］。
以上对于机床床身的研究大都是在特定垫铁位置上对结构进行的分析研究或优化，陈叶林等虽然对床身进行了垫铁位置优化，但并未对垫铁位置以及筋板布局进行综合优化。事实上，床身结构应该是一个在最优支撑位置上的最优结构分布设计。宋宇等人提出一种机床床身的支撑位置以及筋板布局优化设计方法，文中以某型磨床床身为研究对象。床身设计中一般床身的外框架结构基本不变，而只是对其内部筋板的改变。因此首先建立结构的无筋板框架结构模型，在无筋板框架结构上对床身框架进行垫铁位置优化设计; 然后在优化的垫铁位置上确定床身的设计区域对结构进行筋板布局优化设计; 最后对拓扑优化设计的结构建立模型进行尺寸优化设计，得到床身结构的详细设计结构。通过该设计方法最后设计的床身质量减少，提高了床身制造的经济性，同时床身的静刚度和动刚度都有所提高［13］。
4. 研究方案
TC320是南京宁庆数控机床制造有限公司开发的一款中小型立式加工中心, 用于立铣、钻、扩、镗、攻丝等加工工序。特别适用于加工各种形状复杂的二、三维凹凸模型及复杂的型腔和表面。更适于家用和办公小批量生产和加工零件。它体积小, 生产效率高, 结构紧凑, 是比较典型的经济型精密加工中心。
TC320整机主体部分由主轴箱、立柱、床身、十字滑台、工作台五大件组成在整个机床的各个组成部分中, 机床床身是一个极其重要的大件, 它起着支撑工件和连接工作台、立柱等关键零部件的作用。数控机床床身结构的设计尺寸和筋板布局形式, 决定了其本身的各种动态特性, 即静、动刚度。机床床身设计与优化一般有三种方法：有限元分析，尺寸优化和拓扑优化，而本课题选择有限元分析。
总体方案：
5. 工作计划
第1周 完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均上传至毕业设计管理系统。译文封面用标准模板。
第2周 ① 查阅文献资料，撰写开题报告。②选择设计方向，收集资料，确定设计内容。
第3周 完成开题报告，经指导老师批阅合格并确认后，上传至毕业设计管理系统。开题报告封面用标准模板。
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
